导弹能跨越千里准确地击中目标，一定要有一系列感知位置和姿态的传感器，其中角运动检测装置陀螺仪是必须具备的，虽然目前光纤陀螺仪，激光陀螺仪，静电陀螺仪和MEMS陀螺仪等新型的陀螺仪应用已经十分广泛，但是在此之前机械陀螺仪才是导弹制导系统中核心零件。今天我们就聊一聊机械式陀螺仪的原理。
陀螺仪的基本原理我们玩的陀螺在静止的时候是站不起来的，但是当陀螺高速旋转的时候他就能稳定地站起来。
旋转中的陀螺
而且在特定的条件下，它的转轴能够保持一个非常稳定的角度。
更神奇的是，如果我们把陀螺放在一个可以旋转的万向节中，无论我们怎么摆动万向节，高速旋转陀螺的旋转轴仍能保持稳定不变。
如果我们把陀螺仪放在两个万向节中，除了旋转轴能保持一致以外，我们旋转一个万向节，另个一万向节也会旋转，并且方向是有规律的，当推动外框架或者内框架改变动量矩的方向时，陀螺仪会产生反作用力矩，其大小与外力矩相等，方向相反，遵循角动量守恒。
上图左为放在两个万向节中的陀螺仪，上图右为放在一个万向节中的陀螺仪（图片来自大英百科）
三自由度陀螺仪
陀螺仪正是基于旋转的陀螺这些特性被发明出来的。
陀螺仪的发明历史机械陀螺仪是由让-伯纳德-莱昂·福柯（ Jean-Bernard-Léon Foucault），一位法国物理学家在1850年发明并命名的。他将陀螺仪命名为将高速旋转的陀螺安装在环形万向节中，旋转的陀螺的角度即使万向节组件倾斜时也能保持其姿态的一种装置。
在 1850 年代，福柯使用这种转子进行了一系列实验，并证明了无论环形万向节如何旋转，中间的陀螺转子轴都保持其原始方向，并且这个特性与地球自转没有关系。这就是陀螺仪的定轴性。
这种特性为陀螺仪作为方向指示器提供了许多应用，并且在 1908 年第一个可行的陀螺罗盘是由德国发明家H. Anschütz-Kaempfe 开发并应用于潜水器。
1909年美国发明家Elmer A. Sperry建造了第一个自动驾驶仪使用陀螺仪保持飞机在航线上。1916 年，一家德国公司在一艘丹麦客船上安装了第一台船舶自动驾驶仪，同年，陀螺仪被用于设计第一台人工地平线飞机。
二战期间，首次有了弹道导弹，即德国V-2导弹，首次将陀螺仪用在导弹制导系统中。
陀螺仪的导航应用到这里是不是还是不太明白陀螺仪的应用原理？不要紧，我们举一个例子。
如上文提到的陀螺仪有两个重要的特性，中心轴比较稳定的特性我们称之为定轴性，万向节跟随转送的特性我们称之为进动性。
应用于导弹惯性制导系统中姿态控制的机械陀螺仪，就是利用陀螺仪的定轴性。简单地讲，飞行器在空中飞行过程中，不管姿态如何改变，陀螺仪的中心旋转轴始终指向原始给定的垂直方向而不变，而这时旋转的陀螺和两个外面的环形万向节就产生了角度偏差，这样就提供了有关姿态角的信息。当然，由于陀螺自身漂移和环境变化，需要修正装置随时校准修正。弹道导弹的陀螺仪也十分复杂，一个制导陀螺仪的零件就有上万个。
导弹中的机械陀螺仪
利动性的典型应用就是上文提到的陀螺仪罗经。它利用地球自转角速度和重力力矩的综合作用，能够使自转轴自动寻找真北，而不需要依靠地磁场。
陀螺仪罗经的详细工作原理太烧脑了，后面有时间再一起研究吧。
机械陀螺仪应用十分广泛，可用于飞机、轮船导航，可以用于检测飞机，导弹的姿态，可用在隧道施工盾构机的的定向等，实际工作中我们也会经常接触到陀螺仪。而我们的手机之所以能感知我们的方向，我们拿手机的角度也是应用了陀螺仪，不过是MEMS陀螺仪，这种陀螺仪和机械式陀螺仪的原理和结构完全不同，后期有时间在和大家一起探讨。喜欢的话关注一下啊。
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